西藏羊卓雍错湖面遥感监测模型及近期变化

羊卓雍错作为西藏高原三大圣湖之一和藏南重要的高原特色风景旅游景区, 其水域变化受到当地老百姓和各级政府部门的关注. 应用高分辨率陆地资源卫星等遥感数据可以方便、 准确地获取湖泊面积、 周长等信息, 但是由于Landsat 等高分辨率陆地资源卫星影像受到卫星重复周期和卫星过顶时多云天气的影响, 无法实现湖泊面积变化的常规业务化连续监测. 为此, 以Landsat 等高分辨率陆地资源卫星为主要遥感信息源, 结合羊卓雍错水位观测资料, 建立了羊卓雍错湖泊面积变化与水位波动之间的相关模型. 在此基础上, 利用该湖泊面积遥感监测模型, 结合近期水位观测资料分析了羊卓雍错湖面面积变化特征与趋势.     

鄂尔多斯盆地地下水勘查成果丰硕

1,遥感解译：利用38景LandsatETM(TM)卫星遥感图像数据，制作了全盆地1：100万、1：50万和1：25万遥感影像图；对地貌类型、地表水体、地质构造、岩石类型、植被覆盖度进行了专题解译。解译各类水体总数达446个，水域总面积为1907km^2。其中，面积大于3．5km^2的湖泊为94个。圈定了区内积水洼地的范围，面积为4691km^2。     

基于EVI和MNDWI指数的石羊河流域水体、植被时空变化特征

水体和植被是生态环境的重要自然要素,水体和植被的动态研究对认识干旱区生态环境的变化过程及保护和恢复具有重要的理论和实践意义。基于2001-2016年96期MODIS遥感数据和1992、1998、2004、2010、2016年5年Landsat遥感数据,提取EVI植被指数和改进的归一化水体指数（MNDWI）,结合一元线性回归趋势分析方法对石羊河流域的水体和植被的时空变化特征进行了分析。结果表明,近16年来,流域植被EVI整体呈增加趋势,植被覆盖度上升,但随着季节变化,上、中、下游植被覆盖度变化分异明显;EVI植被指数年际变化倾向率与之一致。植被覆盖小幅增加地区占21.5%（春）、14.9%（夏）、8.8%（秋）,保持不变区域占流域总面积的52.5%（春）、40.2%（夏）、35.0%（秋）;此外,仍有轻度退化区和严重退化区。近25年来,研究区水域面积总体呈增大-减小-增大的波动变化趋势,1998年水域面积增大至725.92 km²,此后水域面积2010年减小至710.11 km²;但2010年以后水域面积又呈稳定增加趋势,水域面积2016年增加至723.00 km²。自然因素和人为因素是研究区水体和植被时空变化的驱动因素。     

基于完全遥感的湖泊湿地水文特征参数综合反演

湖泊水文特征参数在水资源合理配置、规划、灾害预警中发挥了重要的作用。在总结现有的水文特征参数遥感提取方法的基础上,依据多源多时相遥感数据,构建基于完全遥感的湖泊水文特征参数综合反演技术框架体系。首先,通过多光谱遥感影像完成水域面积参数的时间序列遥感提取;然后选取测高卫星ICESat GLAS的有效激光雷达点云数据,对湖泊水位高程信息进行反演;进一步根据湖盆数据对湖泊水资源量估算,并通过"面积—水位—水量"关系模型构建,实现湖泊水文特征参数的高动态模拟。实验表明:该方法反演的水文参数与实测数据一致性较好,误差较小,结果可信度高;体现了遥感在水资源综合监测中的技术优势,可为区域水资源调查与监测提供技术参考。     

长春城市发展过程中地表水体空间格局演变特征

选取长春市作为研究区,截取1995年和2005年作为城市发展过程的历史断面,通过运用遥感方法,结合空间分析技术和分形技术等定量分析方法,对比分析了长春城市发展对于城市市区和城区水体结构、形态和空间分布等多种特征的影响。研究表明,长春市区水体密度有所增加,水体重心向西北方向移动,而城区内水体密度有所减小。分形指数分析显示,城市建设发展使城市地表水体分布与形状更趋复杂化。尽管市区各类地表水体面积总体上呈增加趋势,但所表现的趋势特征并不一致。受城市建设与发展的影响,靠天然降水补给为主的湖泊、沼泽地水域面积减少,而城市发展以及防洪工程、引水调水工程建设直接导致水工建筑、水库等水域面积增大,受其影响水库边缘河流和滩涂面积增加。长春市水体空间格局分布很不平衡,这种水体分布空间不平衡将对未来城市发展的空间布局产生重要影响。     

基于长时间序列遥感数据的鄱阳湖水面面积监测分析

国产高分辨率卫星的快速发展可有效弥补遥感湖泊监测中影像分辨率不足的问题,更加及时、准确地实现湖泊动态监测。利用1996～2012年155景Landsat影像和2013～2016年34景GF影像为数据源,结合湖口站水位监测数据,分别选用改进的归一化差异水体指数MNDWI和归一化差异水体指数NDWI方法提取卫星遥感影像的水体信息,同时采用统计分析的方法建立了4个时间段的鄱阳湖水体面积-水位关系模型。结果表明:在空间上,鄱阳湖水体面积整体呈现缓慢缩小的趋势;在时间上,除秋季鄱阳湖面积有明显下降趋势外,其他季节整体趋势变化不大;经验证,鄱阳湖四季水体面积-水位呈现二次函数关系。     

河流水体悬浮泥沙遥感研究进展与展望

河流悬浮泥沙动态监测对河道变迁、水利工程安全运行、生态和环境保护等都具有重要的应用价值,利用遥感技术可对大区域河流水体悬浮泥沙进行实时监测。与海洋和湖泊等大面积水体相比,当前对河流悬浮泥沙遥感关注较少,且已有研究主要关注入海河流河口区域。为充分发挥不同时间、空间和光谱分辨率多源卫星遥感资料优势,实现更广泛区域、不同级别河流的悬浮泥沙输运遥感监测,对国内外已发表的关于河流悬浮泥沙卫星遥感的数据源和模型进行了系统归纳,总结出河流悬浮泥沙卫星遥感研究中面临河流遥感反射率高精度提取、悬浮泥沙浓度高精度遥感和基于二维表层悬浮泥沙浓度遥感的三维通量遥感等挑战和难点;在此基础上,从去除邻近效应大气校正、考虑悬浮泥沙粒径分布的浓度遥感和悬浮泥沙输运通量三维遥感3个方面对河流悬浮泥沙遥感监测的未来发展进行了展望。     

卫星遥感在国土资源调查中的应用

卫星遥感是以人造地球卫星作为遥感平台的各种遥感技术系统的统称。主要是利用卫星对地球和低层大气进行光学和电子观测,包括气象卫星、资源(陆地)卫星、海洋卫星和雷达卫星等。     

新疆主要湖泊水域面积动态变化研究

近年来,许多学者提出中国西北特别是新疆地区气候由暖干向暖湿转型的观点,作为重要的转型信号之一,干旱区湖泊及其流域的生态环境变化倍受广泛关注,针对这些问题,本文选用20世纪80年代后期以来不同时期的LANDSAT卫星遥感影像,从新疆北、南、东和西北4个不同方向分别选择了乌伦古湖、博斯腾湖、艾丁湖和艾比湖等典型湖泊做为研究对象,对其湖泊水域面积的动态变化,展开了遥感监测与研究.结果表明,自80年代后期以来,新疆的湖泊水域面积呈现不同程度的扩大趋势,乌伦古湖水域面积由1989年的862.1km2扩大到2002年的899.3km2;与1990年相比,2000年的博斯腾湖水域面积增大了369.9km2;1999年的艾丁湖与1990年相比,约有16.7km2的新水域的生成;艾比湖的水域面积由1990年的547.6km2增加到2003年的1 029.2km2.在与新疆同期气象资料的分析对比后发现,湖泊水域面积的变化与气温和降水量的年度变化呈正相关,且变化的趋势有较好的吻合性.     

基于环境一号卫星影像的淮南潘集采煤塌陷积水区富营养化评价

通过研究淮南潘集杨庄采煤塌陷积水区水体水质指标与环境一号卫星影像4个波段反射率值之间的关系,针对叶绿素、透明度、总磷、总氮、高锰酸钾指数5项主要水质参数建立了遥感监测模型。采用综合营养状态指数法,评价了该地区水体整体水质富营养化程度。评价结果表明,该塌陷积水区水体为轻度—中度富营养化,与实测水样分析监测的结果基本吻合,证明了水质遥感模型反演技术在当地水质监测中的适用性和可靠性,为实现该地区水质动态监测与预警提供了技术支持。     

绿水及其研究进展

从水循环的角度分析,全球尺度上总降水的65%通过森林、草地、湿地和雨养农田的蒸散返回到大气中,成为绿水流（绿水）,仅有35%的降水储存于河流、湖泊以及含水层中,成为蓝水。目前的水资源评价多集中于可见的、可以被人类直接利用的蓝水资源,忽略了绿水资源的评价和管理。绿水最初被定义为蒸散流,是流向大气圈的水汽流,后来被定义为具体的资源,即绿水是源于降水、存储于土壤并通过植被蒸散发消耗掉的水资源,尤其在雨养农业区是重要的水资源。介绍了绿水的概念,绿水在陆地生态系统中的作用,综述了绿水评价研究的进展、影响绿水流的因素、全球绿水资源状况和水安全等,展望了未来绿水研究,指出应将绿水资源纳入水资源评价之中,开展绿水管理、绿水和蓝水综合利用研究,自然生态系统与粮食生产绿水均衡利用研究。     

EH4法在宜良、腾冲抗旱找水勘查中的应用

2010～2011年间,云南大多数地区发生百年一遇旱灾,宜良和腾冲两地进行高频大地测深法(EH4)地下找水勘探,取得较好的勘探效果,说明EH4法在岩溶地区和玄武岩地区找水的有效性。     

Apollo 11月壤样品中太阳风成因的水及其意义

为研究太阳风成因水在月表低纬度地区的分布特征,本文对中国科学院地质与地球物理研究所博物馆珍藏的一份Apollo 11月壤样品开展了单颗粒原位纳米离子探针H同位素和水含量深度剖面分析。结果表明月壤颗粒表层（< 200nm）具有较高的水含量（剖面最大水含量变化范围为0.35%~1.59%,平均值为0.82%）,该结果与前人对Apollo样品的报导类似。除一颗斜长石的H同位素组成（δD=-262‰）落在月幔范围内,其余颗粒表层均非常贫D（δD变化范围为-987‰~-642‰）。该强烈贫D的同位素组成与太阳风一致,完全不同于地球大气水,不仅证明这些样品的月球来源,并且主要是太阳风注入的贡献。矿物颗粒之间的水含量和δD值变化,很可能与太阳风注入后的扩散丢失程度不同有关。另外,我们观察到橄榄石、单斜辉石和长石的水含量剖面比较类似,整体呈现随深度逐渐递减的趋势。相比之下,玻璃质颗粒的水含量剖面呈现随深度先上升再降低的峰形特征,峰位在25~43nm深度。这两者之间的差异很可能跟H在矿物和玻璃中的扩散速率、辐射损伤层等的差异有关。本项研究也证明,即使对于H这样易于受地球污染的元素,在普通条件下（北京、瓶中密封）经过长达50多年的时间,仍能很好地保存注入月壤颗粒中的太阳风信息。但是低温、干燥和真空/惰性气体环境仍是长期保存的有利条件。

     

陆地水循环过程的综合集成与模拟

在气候变化与人类活动的影响下,陆地水循环过程发生了明显改变,并导致了一系列资源环境问题。深入认识陆地水循环过程的变化机理,发展陆地水循环过程综合集成模拟技术,预估未来陆地水循环的变化趋势,是当前水循环研究面临的重要任务。主要关注人类活动影响下的大尺度(大河流域或大陆尺度)陆地表层系统水循环模拟,梳理了近年来陆地水循环过程综合集成与模拟相关的研究进展,指出当前大尺度陆地表层系统水循环模拟模型的主要问题是对自然过程与人类活动过程间相互作用描述不足,以及人类活动参数化方案的不完善。因此,完善人类活动参数化方案,构建陆地水循环过程的综合集成模型,是模拟研究的重要发展方向之一。同时,考虑多要素过程的综合集成模型有助于解释气候变化与人类用水活动影响水循环变化的关键机制,为探索变化环境下陆地水循环变化成因及其效应提供理论与实践基础,其结果将为区域水资源配置及应对全球变化的战略决策提供科学依据。     

Integrated Water Systems Model for Terrestrial Water Cycle Simulation

The terrestrial water cycle is influenced by a wide range of climatic variables and human disturbances. In the era of the Anthropocene, when humans drive the changes in atmospheric and hydrological processes in river basins, there is an urgent need to include human impacts in the study of the terrestrial water cycle. This paper focused on the large-scale hydrological modeling which takes account of human impacts, reviewed the research progress of the natural and human-induced changes in the terrestrial water cycle and the development of comprehensive terrestrial hydrological models in recent years, and proposed that an integrated water system model with human-related processes such as crop water demand model, engineering regulation and social water demand, be the key to large-scale water cycle simulations under changing environment. Based on the existing large-scale land surface hydrological model, there is a need to put forward the integration of the human-related processes. A comprehensive integrated water system model that considers multi-processes can help us to understand the key mechanisms of how climate change and human activity influence the regional water cycle. It also provides a theoretical and practical basis for investigating the causes and effects of changes in terrestrial water cycle under a changing environment, and thus offers scientific support for climate change adaptation in the water sector.     

Research on Climate Feedback of Human Water Use and Its Impact on Terrestrial Water Cycles —Advances and Challenges

The terrestrial water cycle is the mutual transformation of surface and near-surface water, which controls the supply of fresh water resources. It is affected by human activities, solar radiation and gravity, as well as climate and environmental conditions. Inter-basin water transfer, irrigation, crop cultivation and harvesting, exploitation of groundwater water and other human activities lead to the change of spatial and temporal distribution of soil moisture, the underground water level, surface albedo, surface evaporation, as well as water and energy exchange between land surface and atmosphere. Human water use generates important feedback on the climate and changes the processes of the terrestrial water cycle significantly. The spatial and temporal distribution of precipitation in China is uneven. In addition, human activities further exacerbate the fragility of water resources and the contradiction between supply and demand, posing a serious challenge to the sustainable development of social economy. Therefore, understanding the laws and mechanisms of terrestrial water cycle change is very important for water resources utilization and human sustainable development. From the perspective of climate change and human activities, this paper summarized the impact of human activities on terrestrial water cycle and the progress of climate feedback research. It is urgent to consider the evolution of terrestrial water cycle and its climate under the dual impact of natural and human activities, and develop the large-scale land surface hydrological models and climate models with human water use, crop planting and irrigation, lateral groundwater flow. From the perspective of a fully coupled system, we need quantitatively to assess the climate feedback of human water use and its impact on the terrestrial water cycle process, and to explore its mechanism. We need to distinguish the contribution of human water activities and global climate change to the evolution of terrestrial water cycle in the context of climate change, and to propose water resources management strategies to address climate change.     

Estimating groundwater storage changes in the Mississippi River basin (USA) using GRACE

Based on satellite observations of Earth’s time variable gravity field from the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), it is possible to derive variations in terrestrial water storage, which includes groundwater, soil moisture, and snow. Given auxiliary information on the latter two, one can estimate groundwater storage variations. GRACE may be the only hope for groundwater depletion assessments in data-poor regions of the world. In this study, soil moisture and snow were simulated by the Global Land Data Assimilation System (GLDAS) and used to isolate groundwater storage anomalies from GRACE water storage data for the Mississippi River basin and its four major sub-basins. Results were evaluated using water level records from 58 wells set in the unconfined aquifers of the basin. Uncertainty in the technique was also assessed. The GRACE-GLDAS estimates compared favorably with the well based time series for the Mississippi River basin and the two sub-basins that are larger than 900,000 km². The technique performed poorly for the two sub-basins that have areas of approximately 500,000 km². Continuing enhancement of the GRACE processing methods is likely to improve the skill of the technique in the future, while also increasing the temporal resolution.     

天津地热资源开发利用动态特征浅析

天津是我国开发利用地热资源较早的城市之一,二十世纪九十年代以后开始大规模的将地热资源应用于供暖、洗浴、养殖等方面。在收集和整理历年地热资源动态监测资料的基础上,介绍了天津地区地热资源的开发利用规模,分析了其水位、水质和水温在短期内的动态变化规律,并提出了可持续开发利用地热资源的合理建议。     

陆地生态系统碳-氮-水耦合循环的基本科学问题、理论框架与研究方法

陆地生态系统碳循环、氮循环和水循环是生态系统生态学和全球变化科学研究长期被关注的三大物质循环,它们表征着全球、区域及典型生态系统的能量流动、养分循环和水循环。然而,自然界的生态系统碳循环、氮循环和水循环是相互联动、不可分割的耦合体系,在生态学、生理学、生物化学等方面受多个生物、物理、化学和生物学过程的调节和控制。本文在综合论述陆地生态系统碳-氮-水耦合循环研究的理论和实践意义的基础上,探讨了陆地生态系统碳-氮-水耦合循环的关键过程,提出该研究领域的基本科学问题,重点分析了植被-大气、土壤-大气和根系-土壤3个界面上碳、氮、水交换的生物物理过程,典型生态系统碳-氮-水耦合循环的生物学化学过程,制约典型生态系统碳-氮-水循环耦合关系的生态系统生态学机制,以及制约生态系统碳-氮-水循环空间格局耦联关系的生物地理生态学机制。在现有科学研究的基础上,构建了陆地生态系统碳-氮-水耦合循环机制的逻辑框架系统,讨论了开展陆地生态系统碳-氮-水耦合循环研究的主要技术途径与方法。     

Water quality in Lemoa, Guatemala

A variety of water supply sources are used in the rural Guatemalan Highlands. Formal municipal systems are rare, but villagers frequently form local water committees that construct spring-based supply systems. Recent work has indicated that groundwater may be a viable water supply source. The water quality from these two sources was characterized as well as water from other common sources including surface water and precipitation collection systems. Typically, all of the water sources contained unacceptable levels of coliform bacteria except for groundwater from a drilled well. Water monitoring indicated that not only did the water contain coliforms at the actual sources, but the infrastructure used to transmit the water to points of use may also be a source of coliforms. A cost comparison indicates that groundwater may be a cost-competitive, higher quality alternative to traditional spring-fed water systems.